DE3025621A1

DE3025621A1 - Kurbeltrieb, insbesondere fuer ein fahrrad

Info

Publication number: DE3025621A1
Application number: DE3025621A
Authority: DE
Inventors: Leo 2805 Stuhr Piekarrek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-07-05
Filing date: 1980-07-05
Publication date: 1982-03-25

Description

Die Erfindung betrifft einen Kurbeltrieb, insbesondere für ein Fahrrad, dessen um eine Abtriebsachse drehbarer Kurbelarm an seinem freien Ende ein Antriebsglied in der Art eines Pedals o.dgl. aufweist, welches an einer parallel zur Abtriebsachse verlaufenden Kurbelachse gelagert ist.

Bekanntlich wird z.B. bei einem Fahrrad herkömmlicher Bauart die Beschleunigung über einen Kurbeltrieb besorgt. Dabei
wirkt die den Kurbelarm bzw. Tretarm des Kurbeltriebes bewegende Kraft, nämlich die Muskelkraft des Fahrers, im wesentlichen in einer festen Raumrichtung vertikal von oben nach unten. Das Drohmoment D des Kurbeltriebes ist deshalb während
einer Umdrehung des Dreharmes nicht konstant, sondern eine

512

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BOEHMERT & BGEHMERT

Funktion des Winkels ©u zwischen dem Kraftvektor K der eingeprägten Kraft und dem Tretarm. Wird QC in Drehrichtung des Tretarmes mit der oberen, vertikalen Stellung des Tretarmes als Nullposition gemessen, so ergibt sich die Nutzkomponente der Kraft für das Drehmoment D zu K · sinOC · Nur für Winkel oC , die nahe 90° Grad liegen, wird eine effektive Umsetzung der aufgewandten Kraft in ein Drehmoment (ohne beachtliche Verluste) und damit in Antriebsarbeit erreicht. Die Verlustkomponente der aufgewandten Kraft, d.h. die Komponente der Kraft, die in Richtung des Tretarmes zeigt, ist gegeben durch K · cos OC . Diese Kraft wird vom Lager des Kurbelantriebes aufgenommen und leistet keine Arbeit.

Ein Fahrradfahrer kann die Pedale nur in einem begrenzten Winkelbereich umOC = 90° Grad voll treten. Andererseits aber wird er bemüht sein, den Winkelbereich, insbesondere bei schneller Fahrt, nicht zu sehr einzuschränken. Unter der Annahme, daß der Fahrer nur im vorderen Quadranten einer Pedalumdrehung, d.h. für Winkelö?C, zwischen 45° Grad und 135° Grad, die Pedale tritt, ergibt eine einfache Rechnung, daß etwa 20 % der aufgewandten Kraft keine Arbeit leistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kurbeltrieb insbesondere für ein Fahrrad zu schaffen, durch welchen das Verhältnis der Nutzkraftkomponenten zu den Verlustkraftkomponenten verbessert wird, also einen Kurbeltrieb, mit dem bei einem bestimmten Drehwinkel des Kurbelarms - bei einem Fahrrad also des Tretarms - bewirkt wird, daß der Quotient aus Nutz- und Verlustkraftkomponenten größer ist als bei einem herkömmlichen Kurbeltrieb dieser Art. .

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß am freien Ende des Kurbelarms ein zum Antriebsglied hin einseitig offener Hohlkörper befestigt ist, der eine zylindrische Innenfläche aufweist, deren Symmetrieachse parallel zur Ab-

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BOEHMERT & BOEHMERT

triebsachse verläuft; und daß an der die zylindrische Innenfläche begrenzenden Stirnfläche des Hohlkörpers zentrisch ein Lagerzapfen angeordnet ist, auf dem mit einem ersten Lager ein Verbindungsstück gelagert ist, welches mit einem mit Abstand zum ersten Lager angeordneten zweiten Lager mit einem mit dem Antriebsglied verbundenen ersten Zapfen gelenkig verbunden ist, wobei das Antriebsglied über einen mit ihm verbundenen zweiten Zapfen außerdem mittels einer auf dem zweiten Zapfen drehbar angeordneten Laufrolle an der Innenfläche des Hohlkörpers abgestützt ist.

Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Kurbeltriebes für ein Fahrrad in Seitenansicht;

Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung eines erfindungsgemäßen Kurbeltriebes mit drei verschiedenen Positionen des Kurbelarmes;

Fig. 3 eine Teilansicht einer Variante des erfindungsgemäßen Kurbeltriebes, bei welcher der Hohlkörper mit einer Innenverzahnung versehen ist;

Fig. 4 eine weitere Variante der Erfindung, bei welcher der Hohlkörper an der Innenseite seiner zylindrischen Wandung mit sägezahnförmigen Auszackungen versehen ist;

Fig. 5 eine Explosionsdarstellung für eine in Fig. 2 schematisch dargestellte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kurbeltriebes; und

Fig. 6 die Umlaufbahnen der am Antriebsglied (Pedal) angreifenden, eingeprägten Kraft bei einem herkömmlichen Kurbeltrieb und bei einem erfindungsgemäßen Kurbeltrieb mit eingezeichneten Kraftvektoren und deren Zerlegung in ihre Nutz- und Verlustkompononten.

BOEHMERT & BOEHMEItI

In Fig. 1 sind die für die Erfindung wesentlichen Merkmale und Eigenschaften eines herkömmlichen Pedals eines Kurbeltriebes für ein Fahrrad dargestellt. Das freie Ende eines Tretarmes (Kurbelarmes) 10 bewegt sich auf einer gestrichelt dargestellten Kreisbahn 12 um eine Drehachse 22, welche die Abtriebsachse darstellt, von der aus das erzeugte Drehmoment über ein Zahnrad auf die Kette übertragen wird etc.. Die etwa in der Mitte des als Äntriebsglied wirkenden Pedals 14 auf diese einwirkende, vertikale, eingeprägte Kraft 16 läßt sich in eine tangential zur Kreisbahn 12 verlaufende Nutzkompdnente und eine radial zum Tretarm 10 verlaufende Verlustkomponente 20 zerlegen.

Fig. 2 zeigt prinzipiell die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Kurbeltriebes. Am freien Ende des Tretarmes 10 ist ein in Fig. 2 im Querschnitt erscheinender topfförmiger, zylindrischer Hohlkörper 24 z.B. mit einem Schraubgewinde 36 befestigt (siehe Fig. 5). An der dem Tretarm 10 zugekehrten Stirnfläche 38 des Hohlkörpers 24 befindet sich mittig ein axial gerichteter Zapfen 26. Die vom Tretarm 10 abgekehrte Seite des Hohlkörpers 24 ist offen. Ein mit einem ersten Lager 32 und einem zweiten Lager 28 versehenes Verbindungsstück 30 (s.a. Fig. 5) ist mit seinem Lager 32 drehbar auf dem Zapfen 26 montiert. Das zweite Lager 28 befindet sich zwischen dem Zapfen 26 und dem Mantel 40 des Hohlkörpers 24, wobei das Verbindungsstück 30 den Mantel 40 des Hohlkörpers 24 selbstverständlich nicht berührt.

Das Pedal 14 befindet sich außerhalb des Hohlkörpers 24. An seiner dem Hohlkörper 24 zugekehrten Längsseite 42 befinden sich zwei Zapfen 44 und 46, die durch das offene Ende in den Hohlkörper 24 greifen. Der am hinteren Abschnitt des Pedals seitlich angebrachte Zapfen 4 6 ist in dem zweiten Lager 26 des Verbindungsstückes 30 gelagert. Auf dem' am vorderen Abschnitt des Pedals 14 seitlich angebrachten Zapfen 44 ist eine Laufrolle

■φ BOEHMEftT & EOEHMERI

48 drehbar gelagert, die an der Innenseite des Mantels 40 des Hohlkörpers 24 anliegt (Fig. 2 und 5).

In Fig. 3 und Fig. 4 sind bevorzugte Ausführungsformen der Innenwand 40' des Mantels 40 und der Laufrolle 48 dargestellt Wie Fig. 2 und Fig. 6 zeigen, ist der vorteilhafte Effekt der Erfindung umso größer, je weiter vorn — relativ zur Drehachse 22 - die eingeprägte vertikale Tretkraft gemäß Kraftvektor 16 an dem Pedal 14 angreift.

Im Falle der einfachen Ausführung der Erfindung gemäß Fig. 2 sind die Laufrolle 48 und die Mantel-Innenwand 40' des Hohlkörpers 40 glatt ausgebildet und der Fahrer wird, um die Pedale in der Horizontalen zu halten, die Tretkraft 16 nicht so weit wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 gegenüber dem Zapfen 26 nach außen versetzt anbringen können.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 greift dagegen die Laufrolle 4 8 in eine sägezahnförmige Auszackung 50, die an der Innenwand 40' des Mantels 40 des Hohlkörpers 24 ausgebildet .ist. Dadurch wird der Kraftangriffspunkt von der Drehachse 22 des Kurbelantriebes weg beachtlich nach außen verschoben und damit der wirksame Dreharm vergrößert.

In Fig. 4 ist eine Vielzahl von Auszackungen 50 umlaufend an der Innenfläche 40' der Innenwand 40 ausgeformt, doch ist erkennbar, daß auch eine einzige Auszackung 50 an geeigneter Stelle - nämlich etwa dort, wo die gedachte Verlängerungslinie des Tretarmes 10 den Mantel 40 des Hohlkörpers 24 schnei det - den Zweck grundsätzlich erfüllen würde.

Ein Vergleich von Fig. 1 mit Fig. 6, welche die maßgeblichen Vektoren zeigt, wobei die dort eingezeichneten, wirksamen Tretarme 10 und 52 zu demselben Winkel 0"C des Kurbelarmes gehören, zeigt die grundsätzliche Wirkungsweise der Erfindung:

BOEHMERT & EOtHMSRT

3 0-75621

Während der Kraftvektor 16 bei einem herkömmlichen Fahrradkurbeltrieb auf einer Kreisbahn 12 mit der Drehachse 22 als Mittelpunkt angreift, ist bei einem erfindungsgemäßen Kurbeltrieb die Drehachse 22 nicht mehr im Zentrum Z der Bahn 50, die der angreifende Kraftvektor beschreibt. In dem interessierenden Winkelbereich des Kurbelarmes (also etwa im vorderen Quadranten des Kreises mit Winkeln(^C zwischen 45° Grad und 135 Grad gilt folgendes: Das Verhältnis der Nutzkraftkomponente 56 zur Verlustkraftkomponente 58 ist bei dem erfindungsgemäßen Kurbeltrieb aufgrund des veränderten Tretarmes 52 größer als das Verhältnis der Nutz- und Verlustkraftkomponenten 18, 2O eines herkömmlichen Kurbeltriebes mit einem Tretarm 10. Für den erfindungswesentlichen Vorteil sorgt also nicht allein der verlängerte Dreharm im vorderen Quadranten, sondern der günstigere Quotient aus Nutz- und Verlustkomponenten des einwirkenden Kraftvektors.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen wie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein;

Akte: P 868 3. Juli 1980

BEZUGoZHI GHK
(LIST OF REFERENCE NUMERALS)

1	Kurbelarm (Tretarm)	1
2		2
	Bahn (des freien Kurbelarmendes)	3
4		4
ς	Antriebsglied (Pedal)	5
6		6
7	eingeprägte Kraft	7
8		8
9	Nutzkomponente (von 16)	9
10		10
11	Verlustkomponente (von 16)	11
12		12
15	Abtriebsachse (von 10)	13
14		14
15	Hohlkörper	15
16		16
17	Lagerzapfen	17
18		18
19	Lager (zweites -) 28' - Achse (für 46)	19
20		20
21	Verbindungsstück	21
22	22
23	23
24	24
°5	?5
?fi	26
27	27
28	28
29	29
30	30

BOEHMEET & bOEHMEP.T

	Lager (erstes -)	31
32		32
33		35
34		54
35	Schraubgewinde	55
36		56.
37	Stirnfläche (von 24)	37
38		38
39	Mantel (von 24) 40' - Innenfläche (von 40)	39
40		40
41	Längsseite (von 14)	41
42		42
43	Zapfen (zweiter -) 44' - Bohrung (in 64 für 44)	43
44	Befestigungsmittel.	44
45	Zapfen (erster - ) 46' - Bohruncr (in 64 für 46)	4 5
46	Befestigungsmittel (für 14 an 64)	46
47	Laufrolle	47
48		48
49	Bahn (des freien Kurbelarmendes) 50" - Auszackung	49
50		50
51	wirksamer Kurbelarm	51
52		5?
53	eingeprägte Kraft	53
54		54
55	Nutzkomponente (von 54)	55
56		56
57	Verlustkomponente (von 54)	57
58		58
59	vordere Querseite (von 14)	59
60		60
61	hintere Querseite (von 14)	61
62	Innenverzahnung (von 40)	62
63	Schiene 64' - Schlitze (von 64)	63
64	Außenverzahnung (von 48)	6·'4
65	65

Leerseite

Claims

BOEHMERT-& BOEHMEKT ρ ■' · ' 3. Juli 19 Ansprüche

1.ι Kurbeltrieb, insbesondere für ein Fahrrad, dessen um eine Ab-

'ifriebsachse drehbarer Kurbelarm an seinem freien Ende ein Antriebsglied in der Art eines Pedals ο ..dgl. aufweist, welches an. einer parallel zur Abtriebsachse verlaufenden Kurbelachse gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende des Kurbelarms (10) ein zum Antriebsglied (14) hin einseitig offener Hohlkörper (24) befestigt ist, der eine zylindrische Innenfläche (40¹) aufweist, deren Symmetrieachse parallel zur Abtriebsachse (22) verläuft; und daß an der die zylindrische Innenfläche (40¹) begrenzenden Stirnfläche (38) des Hohlkörpers (24) zentrisch ein Lagerzapfen (26) angeordnet ist, auf dem mit einem ersten Lager (32) ein Verbindungsstück (30) gelagert ist, welches mit einem mit Abstand zum ersten Lager (32) angeordneten zweiten Lager (28) mit einem mit dem Antriebsglied (14) verbundenen ersten Zapfen (46) gelenkig verbunden ist, wobei das Antriebsglied (14) über einen mit ihm verbundenen zweiten Zapfen (44) außerdem mittels einer auf dem zweiten Zapfen (44) drehbar angeordneten Laufrolle (48) an der Innenfläche (40¹) des Hohlkörpers (24) abgestützt ist.

2. Kurbeltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Antriebsglied (14) und dem Hohlkörper (24) eine Schiene (64) angeordnet ist, an welcher einerseits das Antr.inbsglied (14) an in Längsrichtung der Schiene (4) wähl-

512 BADORIGINAt.

BOEHMERT &. BOEHME-RT

^;: "^:- ' ■- 3025B21

baren, unterschiedlichen Positionen zu befestigen ist, und an welcher andererseits die beiden Zapfen (44, 46) befestigt sind.

3. Kurbeltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (64) wenigstens eine schlitzförmige Ausnehmung (64*) aufweist, in welcher das Antriebsglied (14) geführt zu verschieben und in der gewählten Relativstellung zur Schiene (64) mittels geeigneter Befestigungsmittel (47) zu befestigen ist.

4. Kurbeltrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (64) Bohrungen (44' und 46') aufweist, in denen die Zapfen(44 bzw. 46) mittels geeigneter Befestigungsmittel (45) zu befestigen sind.

5. Kurbeltrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der zylindrischen Innenfläche (40¹) des Hohlkörpers (24) mindestens eine Auszackung (50') ausgebildet ist, in welche die Laufrolle (48) während der Wirk phase einer auf den Kurbeltrieb einwirkenden, eingeprägten Kraft (16; 52) einhakt.

6. Kurbeltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (24) an seiner zylindrischen Innenfläche (40') mit einer Innenverzahnung (63) versehen ist; und daß die Laufrolle (48) an ihrem Umfang mit einer Außenverzahnung (65) versehen ist, die mit der Innenverzahnung (63) kämmt.

7. Kurbeltrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der topfförmige Hohlkörper (24) in einem quer zu seiner Symmetrieachse verlaufenden Schnitt kreisförmig ausgebildet ist.

8. Kurbeltrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,

BOEHMERT & ΒΟΕΗΜΕίϊΧ

dadurch gekennzeichnet, daß der topfförmige Hohlkörper (24) in einem quer zu seiner Symmetrieachse verlaufenden Schnitt nicht kreisförmig ausgebildet ist.

9. Kurbeltrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zapfen (46) nicht drehbar im zweiten Lager (28) des Verbindungsstückes (30) angeordnet ist.

10. Kurbeltrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zapfen (46) um eine zur Abtriebsachse (22) parallele Achse (28¹) im zwei ten Lager (28) des Verbindungsstückes (30) drehbar gelagert ist.

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